Question

超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO₂和N₂ , 化學方程式如下：2NO + 2 CO2CO₂ + N₂ ，為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下，用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如下表：

時間 /s	0	1	2	3	4	5
c(NO)/mol·L—1	1.00×10—3	4.50×10—4	2.50×10—4	1.50×10—4	1.00×10—4	1.00×10—4
c(CO)/mol·L—1	3.60×10—3	3.05×10—3	2.85×10—3	2.75×10—3	2.70×10—3	2.70×10—3

 
請回答：（以下各題均不考慮溫度變化對催化效率的影響）：
（1）前2s內的平均反應速度v (N₂)＝               。
（2）在該溫度下，反應的平衡常數K＝               ；若升高溫度時K值變小，則該反應的ΔH   0(填寫“＞”、“＜”、“＝”)。
（3）若在容器中發生上述反應，達平衡后，下列措施能提高NO轉化率的是            
A. 選用更有效的催化劑   B. 升高反應體系的溫度
C. 降低反應體系的溫度                D. 縮小容器的體積
（4）研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率。為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，某同學設計了三組對比實驗，部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中。請在下面設計表的空格中填入剩余的實驗條件數據。

實驗編號	T / ℃	NO初始濃度 ( mol·L—1 )	CO初始濃度 ( mol·L—1 )	催化劑的比表面積 ( m2·g—1 )
Ⅰ	280	1.20 × 10—3	5.80 × 10—3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

 

Answer 1

（1）1.875×10^—4 mol/(L·s) ………（3分，單位不寫扣1分）
（2）5000 ………（2分）    ＜ ………（2分）
（3）C、D ………（2分）
（4）① Ⅱ:     280    1.20×10^—3    5.80×10^—3   ……（各1分）
Ⅲ：1.2×10^—3     5.80×10^—3    ……（各1分）

解析試題分析：（1）由表格中的數據可知2s內NO濃度的變化量為1.00×10^-3-2.50×10^-4＝7.50×10^-4，則υ（NO）＝7.50×10^-4mol/L÷2s＝3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；由化學反應速率之比等于化學計量數之比，則υ（N₂）＝υ（NO）＝1.875×10^-4mol?L^-1?s^-1。
（2）根據表中數據可知，反應進行到4s時反應達到平衡狀態，此時NO和CO的濃度分別為1.00×10^—4 mol/L、2.70×10^—3mol/L，生成CO₂和氮氣的濃度分別為1.00×10^—3mol/L－1.00×10^—4 mol/L＝9.00×10^—4 mol/L、（1.00×10^—3mol/L－1.00×10^—4 mol/L）×＝4.5×10^—4 mol/L，所以該溫度下反應的平衡常數K＝＝5000；因該反應2NO + 2 CO2CO₂ + N₂中氣體體積減少，△S＜0，由反應能夠自發進行，則△H-T△S＜0，即該反應一定是放熱才有可能自發進行，放熱反應中△H＜0。
（3）根據化學反應方程式可知，正方應是體積減小的、放熱可逆反應。要提高NO轉化率，應使化學平衡正向移動，催化劑不能影響平衡移動，該反應放熱，則升高溫度逆向移動，縮小容器的體積相當于加壓，則加壓、降溫使該反應平衡正移，故答案為：C、D；
（4）該實驗是驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，所以Ⅰ、Ⅱ是只改變催化劑表面積，Ⅱ、Ⅲ只改變溫度，則物質的濃度數據相同，只有溫度、接觸面積兩個變量，故答案為：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；1.20×10^-3；5.80×10^-3。
考點：考查反應速率、反應方向、化學平衡、影響化學反應速率的實驗探究等知識